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國家體育場(chǎng)鋼結構卸載變形測量技術(shù)實(shí)踐

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    劉增希 秦長(cháng)利 龍正武 李久林 邱德隆 萬(wàn)里程

    摘 要：本文結合國家體育場(chǎng)鋼結構工程卸載變形測量實(shí)踐，介紹了該工程變形測量的基本特點(diǎn)和方法，供從事施工測量和相關(guān)技術(shù)人員參考。
    關(guān)鍵詞：卸載；變形點(diǎn)；監測
    1工程概況
    國家體育場(chǎng)主體鋼結構，采用78個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)（塔架）分段（共分成182段）高空散裝焊接而成。在主體鋼結構合攏后，需對臨時(shí)支撐塔架進(jìn)行分階段整體卸載，使鳥(niǎo)巢鋼結構屋面由臨時(shí)塔架的支撐逐步轉換為自身承重狀態(tài)。（見(jiàn)圖1）

    國家體育場(chǎng)鋼結構支撐塔架卸載工程總卸載量大，屋蓋總面積約6萬(wàn)平方米、卸載噸位約1.4萬(wàn)噸，卸載點(diǎn)數較多，根據設計要求鋼結構整體分級同步卸載，嚴格進(jìn)行比例控制，鋼結構支撐塔架卸載步驟共分為七大步，每一大步分為五小步，支撐力最大點(diǎn)卸載噸位約300噸，卸載工作有一定的難度。為了能夠確保卸載工作的安全，及時(shí)了解卸載過(guò)程中每一個(gè)步驟鋼構件的變形情況是否與設計的油缸升降數據量同步升降，需要對鋼結構卸載前、后進(jìn)行定時(shí)監測，卸載過(guò)程中隨卸載過(guò)程作跟蹤變形監測，并即時(shí)向卸載指揮中心提交監測成果，為決定下一步卸載動(dòng)作提供依據。
    2變形觀(guān)測點(diǎn)的位置
    卸載過(guò)程中鋼結構變形最大的部位是內環(huán)桁架梁，根據《國家體育場(chǎng)鋼結構工程支撐塔架卸載監測方案》的要求，在主結構內環(huán)桁架梁0度、90度、180度和270度四個(gè)軸線(xiàn)方向及四個(gè)像限的45度方向附近上、下弦各置一個(gè)結構變形監測點(diǎn)，并盡可能讓同一方向線(xiàn)上的上、下弦監測點(diǎn)處在同一垂直線(xiàn)上，主結構內環(huán)桁架梁共布設16個(gè)監測點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。另外在東、西、南、北方向四個(gè)支撐塔架上，各布設了一個(gè)支撐塔架變形監測點(diǎn)，總共布設了20個(gè)監測點(diǎn)。

    3變形測量方法的選擇
    由于卸載步驟為每小時(shí)進(jìn)行一步，其中包括油缸升降、對監測點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測、監測數據計算及對三個(gè)監測單位的數據匯總分析整理，并報告信息中心，信息中心專(zhuān)家綜合研究確定下一步卸載動(dòng)作并報告指揮部，由指揮部下達卸載指令。卸載過(guò)程中出于安全原因結構上面不能有人，觀(guān)測數據又必須在20分鐘內提交信息中心，時(shí)間很緊，要求監測數據準確及時(shí)，立棱鏡不僅不安全而且速度慢，時(shí)間來(lái)不及，還有棱鏡的對點(diǎn)誤差也會(huì )影響到位移精度，因此我們決定用貼反射片的方式來(lái)設置監測點(diǎn)，用三臺儀器同時(shí)觀(guān)測。反射片雖然測距精度低一些，但同一點(diǎn)兩次觀(guān)測的觀(guān)測值是同精度的，因此這一點(diǎn)位移量的精度是高的。由于現場(chǎng)條件無(wú)法滿(mǎn)足儀器視線(xiàn)垂直于監測點(diǎn)反射片的要求，為了了解觀(guān)測數據準確性，卸載前七天左右在模擬條件進(jìn)行了測試。首先在地面上，采取旋轉反射片使儀器視線(xiàn)與反射片形成不同角度，檢查返回信號的強弱和測距精度；然后在現場(chǎng)將返射片設置在偏角和傾角最大的監測點(diǎn)上，用兩臺儀器進(jìn)行多次觀(guān)測和數據對比。隨后又選用三臺精度基本相同的全站儀，分別由三個(gè)人在三個(gè)控制點(diǎn)上架設儀器，選擇不同的時(shí)間段同時(shí)對所有監測點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測，將所觀(guān)測的三組數據進(jìn)行比較，同點(diǎn)的兩組觀(guān)測數據之間最大差值為2mm?？梢詽M(mǎn)足卸載監測需要。
    4變形測量實(shí)施
    4.1變形測量程序和方法
    在卸載前三天開(kāi)始，連續三天對所有監測點(diǎn)分早、中、晚三次觀(guān)測，同時(shí)記錄時(shí)間和溫度，掌握鋼結構日變形情況。從卸載開(kāi)始～卸載結束，對變形監測點(diǎn)的觀(guān)測頻率嚴格按照總指揮部下達的指令進(jìn)行觀(guān)測，卸載過(guò)程中共觀(guān)測了24次。為了確保觀(guān)測數據的及時(shí)性、準確性，每一監測點(diǎn)均由兩臺儀器同時(shí)監測，每一步卸載監測工作的時(shí)間必須在20分鐘內完成。數據采集時(shí)，儀器自動(dòng)采集和人工記錄同時(shí)進(jìn)行。對兩種方法采集的數據分別進(jìn)行處理并對結果進(jìn)行核對無(wú)誤后，再與其他兩臺儀器觀(guān)測所得的監測數據進(jìn)行對比分析，確認三臺儀器觀(guān)測所得到的變形趨勢一致，變形量很接近，且變形趨勢和變形數據與千斤頂油缸升降成正相關(guān)時(shí)，將監測數據提交給信息處理中心。
    4.2監測點(diǎn)變形狀況
    4.2.1 內環(huán)上、下弦水平位移變形
    根據觀(guān)測數據繪制的內環(huán)監測點(diǎn)上、下弦水平位移變形情況（見(jiàn)內環(huán)上、下弦水平位移變形矢量示意圖）。從圖中可以看出南北方向內環(huán)上弦兩監測點(diǎn)向環(huán)內變形移動(dòng)，分別為24?和32?；下弦兩監測點(diǎn)向環(huán)外方向變形移動(dòng)，位移量相對較小，分別為12mm和2mm。表明南北方向內環(huán)桁架在卸載過(guò)程中受應力影響，向場(chǎng)內方向傾斜變形。
    東西方向內環(huán)上弦兩監測點(diǎn)分別向東、西方向（場(chǎng)外方向）變形移動(dòng)，分別為5mm和9mm；下弦兩監測點(diǎn)也同時(shí)分別向東、西方向（場(chǎng)外方向）移動(dòng)，分別為54mm和58mm，遠遠大于上弦兩監測點(diǎn)的位移量，說(shuō)明東、西方向內環(huán)桁架上、下弦監測點(diǎn)向外位移變形的同時(shí)，向場(chǎng)外方向傾斜變形。
    4.2.2支撐塔架水平位移變形
    在卸載過(guò)程中，觀(guān)測數據反映的臨時(shí)支撐塔架的水平位移變形情況見(jiàn)內環(huán)支撐塔架水平位移變形矢量示意圖。從圖中可以看出南北方向上與監測點(diǎn)相對應的支撐塔架，卸載后均向外環(huán)方向位移，其位移量為8?～16?；東西方向上監測點(diǎn)兩側的支撐塔架同時(shí)向外環(huán)方向位移9?～15?；

    4.2.3垂直位移曲線(xiàn)圖
    根據觀(guān)測數據繪制的國家體育場(chǎng)鋼結構工程卸載內環(huán)下弦監測點(diǎn)沉降曲線(xiàn)圖可以看出
    監測點(diǎn)在鋼結構支撐塔架卸載的過(guò)程中與油缸同步下降，最終下降量與理論計算值基本一致（理論計算值為286mm，實(shí)際觀(guān)測值為271mm）。

    4.2.4卸載結束后的監測
    卸載結束后每天在相同時(shí)間段對結構的穩定性進(jìn)行監測，用同樣的方法對監測點(diǎn)持續進(jìn)行觀(guān)測，根據三天的觀(guān)測數據比較（氣溫在19℃～22℃），鋼結構內環(huán)環(huán)桁架各變形監測點(diǎn)的標高互差值最大為2?，依據觀(guān)測數據分析，認為卸載后的鋼結構屋面基本穩定，微小的變化量也是由溫度差和觀(guān)測誤差所引起的，至此停止對監測點(diǎn)的觀(guān)測。
    5觀(guān)測結論
    此次國家體育場(chǎng)鋼結構工程卸載變形測量實(shí)踐中由于采用強制對中點(diǎn)設站，監測點(diǎn)（反射片）固定在內環(huán)上、下弦結構和支撐塔架上，消除了儀器和棱鏡的對中誤差；卸載過(guò)程中儀器、人員固定，方法一致，使得觀(guān)測數據的相對精度較高；使用三臺全站儀在不同的控制點(diǎn)上設站同時(shí)進(jìn)行觀(guān)測和數據對比，保證了觀(guān)測成果的可靠性。為信息處理中心的正確決策提供了依據。
    國家體育場(chǎng)鋼結構工程卸載變形測量除采用全站儀進(jìn)行變形監測外，還利用當前測繪先進(jìn)的激光掃描儀進(jìn)行變形測量，對整個(gè)鋼結構的變形狀況都有詳細的記錄，取得了可靠成果，為今后類(lèi)似工程的設計、施工和變形測量積累了經(jīng)驗。

    參考文獻
    [1] 北京市標準，建筑工程施工測量規程（DBJ01-21-95）
    [2] 國家行業(yè)標準，建筑變形測量規程（JGJ/T8-97）
    [3] 北京城建集團企業(yè)標準，國家體育場(chǎng)鋼結構工程施工質(zhì)量驗收標準（QB/GJJT-GTCG-2005）
    [4] 國家體育場(chǎng)工程鋼結構支撐塔架卸載操作程序手冊[C]，北京城建集團國家體育場(chǎng)工程總承包部，2006年9月.
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